Diseño de planta de verificación del rendimiento de paneles fotovoltaicos basado en “Photovoltaic Performance Verification Program", del Kortright Center

Abstract

El proyecto consiste en el diseño de una instalación fotovoltaica para estudiar el rendimiento de distintas marcas de paneles solares bajo condiciones de operación reales en la zona tropical, publicando reportes mensuales de los resultados obtenidos como parte de los estudios a realizar en periodos anuales. Las variables de rendimiento a medir son el “Energy Yield” y el “Performance Ratio” establecidas en la norma IEC 6172. Siendo la primera en unidades kWh/kW, se explica como la energía generada durante un periodo de tiempo entre la potencia a STC (Standard Test Conditions) indicada en cada panel. El Performance Ratio por su parte, es la relación de la energía real obtenido por el módulo entre la salida teórica que se debería obtener. El verdadero valor de un módulo fotovoltaico es su rendimiento energético en kWh/kW (Final Yield según la norma IEC 61724) en condiciones ambientales del mundo real, no su potencia STC (Standard Test Conditions) la cual permite la comparación de diferentes paneles, pero no necesariamente indica cómo estos paneles se comportan en la realidad bajo un amplio rango de temperaturas y luz solar. De ahí la necesidad de obtener comparaciones lado a lado de los módulos solares en condiciones ambientales locales, permitiendo una predicción más precisa de rendimiento y los retornos de inversión a largo plazo de los sistemas fotovoltaicos. Ante la falta de un centro para la investigación fotovoltaica en la región e información sobre cuales paneles tienen el mejor rendimiento bajo condiciones tropicales, surge el interés inicial propuesto por el director del Sustainable Energy Initiative of the Faculty of Environmental Studies of York University (Jose Etcheverry) de replicar una planta de verificación fotovoltaica, en los terrenos de la reserva biológica Las Nubes (lasnubes.org), en la zona de San Isidro de General, Costa Rica basado en el “Photovoltaic Performance Verification Program” en Kortright Center en Ontario, Canadá. Los beneficiarios serán York U, proyecto Las Nubes y el sector de la energía solar de Costa Rica y del istmo, al obtener como principal producto un nuevo conocimiento de la comparación del rendimiento de los paneles solares existentes en el mercado costarricense y de su comportamiento en las condiciones locales del país mediante reportes mensuales de acceso libre para al púbico. Este es un proyecto único en la región centroamericana ya que solamente existen similares instalaciones en países como Dinamarca, Alemania, Francia, y Canadá las cuales se detallan en el marco teórico junto aspectos generales sobre las instalaciones fotovoltaicas, una descripción de la situación de mercado solar en Costa Rica, entre otros. En la sección de diseño se realiza la instalación eléctrica, calibre de conductores, protecciones, y desarrollo de la instalación fotovoltaica con micro inversores. Para el sistema de monitoreo se propone dos opciones a utilizar, de las cuales se seleccionó una para la implementación de la medición de la tensión y corriente, del sistema DAQ (Adquisición de Datos) de variables eléctricas y atmosféricas La primera basada en proceso Arduino y la otra opción en equipos de National Instruments, para finalmente obtener la visualización de los datos y generación de los reportes mensuales. En la parte de metodología se explica cómo se llevó a cabo el diseño de esta planta de verificación fotovoltaica propuesta para implementar, con base en la experiencia obtenida durante las 16 semanas de práctica en York U, Kortrigh Center y demás empresas en la zona de Ontario. Finalmente se realiza un análisis de viabilidad económica de proyecto donde se obtuvo un retorno de inversión de 6,77 años con base en la generación eléctrica de 1.5 MWh al año por la instalación fotovoltaica de 7.5 kW de potencia, para un costo total del proyecto de 21680 $US, una relación de 2.89 $/W agregado a la creación de nuevo conocimiento e investigación como impulsor de desarrollo de la energía solar como fuente limpia de generación, prácticamente sin costos de operación con respecto a otras fuentes producción de eléctrica.